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基于深度学习的煤岩Micro-CT裂隙智能提取与应用

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3439-3452页

作者：王登科房禹魏建平张宏图赵立桢王龙航夏缘帝李璐王少璞张强任海慧河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室–省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 山西晋煤集团技术研究院有限责任公司山西晋城048006

为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像... 详细信息

为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像。首先,通过煤岩工业CT扫描系统获取煤岩体内部扫描图片后,人工标注出CT图像中的裂隙结构,并利用数据增强扩充标注的原始数据制作出煤岩CT裂隙数据集;然后,将训练好的VGG16模型权重通过迁移学习技术移至U-Net编码器部分,使得整个主干特征提取网络具有更强的裂隙结构特征提取能力;同时采用深度可分离空洞卷积模块(DCAC)和残差模块对U-Net模型中解码器部分进行改进,有效提升了CT图像中裂隙结构的识别能力,展现出了优越的分割精度和鲁棒性。为验证提出的煤岩裂隙提取网络模型的有效性,将MCSN的提取结果与经典的卷积神经网络及阈值分割方法的结果进行了对比,实验对比结果显示,提出的模型在定性分析和定量分析方面优势明显。这种多尺度融合的策略可以有效提取出复杂煤岩体图像中的裂隙,提高了裂隙识别效率和精度。将该模型应用到巷道围岩钻孔裂隙识别中,通过对钻孔成像仪采集到的窥孔视频和平面展开图进行裂隙提取,并结合二者提取结果进行交叉验证,得到了精准的巷道围岩裂隙分布范围,给出了穿层抽采钻孔的注浆封孔范围,提高了煤层瓦斯抽采体积分数。

关键词：裂隙识别与提取 CT扫描深度学习卷积神经网络空洞卷积

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艾灸机器人系统设计与实现

计算机工程 2024年第2期50卷 214-223页

作者：马蓓蓓胡志刚时鹏王新征谢飞虎宋克纳河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471000 河南省智能康复医疗机器人工程研究中心河南洛阳471000

传统的人工艾灸方式存在温度不均衡、耗费人力、治疗效果差异大等问题,结合机器人技术,提出一种新型艾灸机器人系统,以减轻医师的劳动强度并提高治疗效率。采用主从双边结构设计,主要由从端的艾灸器、机械臂和主端构成。通过对从端艾灸... 详细信息

传统的人工艾灸方式存在温度不均衡、耗费人力、治疗效果差异大等问题,结合机器人技术,提出一种新型艾灸机器人系统,以减轻医师的劳动强度并提高治疗效率。采用主从双边结构设计,主要由从端的艾灸器、机械臂和主端构成。通过对从端艾灸器的自动推进装置、硬件电路和通信流程的改进设计,实现艾灸过程中艾条的自动推进以及温度、距离等信息的实时采集和传输。主端系统对从端传输的信息进行整合处理,并对机械臂进行轨迹规划和运动控制,以优化艾灸路径和动态调整施灸距离。此外,主端的人机交互界面能够实时显示艾灸过程中的信息和从端的工作状态,实现艾灸过程的可视化。医师可通过该可视化界面灵活调节艾灸参数和远程控制机器人进行艾灸,以满足不同的艾灸对象、环境和任务需求。实验结果表明,该艾灸机器人系统能够在真实环境中使机械臂按照自动规划的路径运行,动态调控艾条燃烧端到人体穴位的距离,保持目标穴位的温度偏差小于0.5℃,运行过程平稳,满足安全且精准的艾灸治疗要求。

关键词：人机交互艾灸机器人双边控制系统艾灸器轨迹规划

COPD细胞微环境体外模型建立的思路与方法

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中国药理学通报 2024年第1期40卷 6-12页

作者：秦燕勤刘含李建生河南中医药大学河南省中医药防治呼吸病重点实验室呼吸疾病中医药防治省部共建协同创新中心河南郑州450046 河南中医药大学中医药科学院河南郑州450046 河南中医药大学第一附属医院呼吸科河南郑州450003

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是危害公众健康的重大慢性疾病。COPD病理机制复杂,细胞微环境改变是其病理生理的重要组成部分。细胞培养技术是研究COPD病理机制及药效药理评价的重要工具。该文介绍了... 详细信息

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是危害公众健康的重大慢性疾病。COPD病理机制复杂,细胞微环境改变是其病理生理的重要组成部分。细胞培养技术是研究COPD病理机制及药效药理评价的重要工具。该文介绍了肺内细胞微环境的基本构成,COPD病理进程中细胞微环境变化,总结了细胞微环境体外模型在COPD机制研究中的应用,提出COPD细胞微环境体外模型建立的思路与方法。

关键词： COPD 细胞微环境体外模型细胞共培养气-液面培养气血屏障肺类器官

新型基因编辑技术加速盐藻表达系统的成熟和应用

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中国生物工程杂志 2024年第4期44卷 102-111页

作者：黄晓雯皇甫雨静姬聪浩代月优李姝璇冯书营河南中医药大学医学院郑州450046 河南省中医药特医食品工程研究中心郑州450046 河南省药食同源中药工程研究中心郑州450046

盐藻因具备低成本、易培养、便于转基因操作、可调控的转录和翻译等优点,已成为基因工程领域备受关注的新型表达系统。但盐藻表达系统存在低表达和不稳定遗传等技术瓶颈,严重限制了其应用。CRISPR/Cas系统凭借高稳定性、高靶点特异性、... 详细信息

盐藻因具备低成本、易培养、便于转基因操作、可调控的转录和翻译等优点,已成为基因工程领域备受关注的新型表达系统。但盐藻表达系统存在低表达和不稳定遗传等技术瓶颈,严重限制了其应用。CRISPR/Cas系统凭借高稳定性、高靶点特异性、可编程性等优点,可作为助推盐藻表达系统改进和应用的重要工具,从而大幅提高盐藻表达系统重组蛋白、脂质积累和胡萝卜素等高附加值产物的产量。由于盐藻兼具原核细胞和真核细胞的双重特点,基因编辑存在较大的难度和限制性,因而必须不断提高基因编辑技术在盐藻中的精确性和编辑效率,以确保目标基因得到准确修饰。探讨盐藻表达系统的基因工程研究现状,包括盐藻转化方法、外源基因的表达和基因编辑的研究现状等,分析CRISPR/Cas编辑技术在盐藻中面临的主要挑战,提出未来的发展方向和增效策略,以期加速盐藻表达系统的成熟和应用。

关键词：盐藻新型表达系统基因编辑 CRISPR/Cas9系统

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核磁共振波谱法对利托那韦片定性和定量分析

化学研究与应用 2024年第6期36卷 1349-1355页

作者：王江洪宋亚男李莹王玉洁决利利郑严赵新永郑州工业应用技术学院医学院医学检验教研室河南郑州451100 上海张江药谷公共服务平台有限公司上海201203

采用核磁共振波谱法对利托那韦片进行定性鉴别和定量分析。核磁共振氢谱(^(1)HNMR)、核磁共振碳谱(13CNMR)、无畸变极化转移增强(DEPT-135)、异核单量子相干谱(HSQC)等对利托那韦片成分进行鉴别。选择利托那韦化学位移δ:8.91~8.99ppm... 详细信息

采用核磁共振波谱法对利托那韦片进行定性鉴别和定量分析。核磁共振氢谱(^(1)HNMR)、核磁共振碳谱(13CNMR)、无畸变极化转移增强(DEPT-135)、异核单量子相干谱(HSQC)等对利托那韦片成分进行鉴别。选择利托那韦化学位移δ:8.91~8.99ppm处为定量峰,对苯二甲酸二甲酯化学位移δ:8.07~8.18ppm处为内标峰,采用定量核磁共振氢谱(qHNMR)测定利托那韦片含量。HNMR、13CNMR、DEPT-135和HSQC结果显示,利托那韦片中成分的化学结构与利托那韦结构式相符。qHNMR方法学专属性高,利托那韦线性范围为5.69~20.02mg·mL^(-1),精密度及稳定性良好,平均回收率为100.77%,qHNMR法测得利托那韦片含量与HPLC法测得结果基本一致。所以建立分析方法可用于利托那韦片定性鉴别和定量分析,为利托那韦片提供了一种准确、快速、简便的质量控制方法。

关键词：利托那韦片定量核磁共振氢谱定性鉴别定量分析

LRRC15影响A549细胞自噬的作用研究

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遗传 2024年第5期46卷 398-407页

作者：王棋文贾燕玲李盼余国营河南师范大学生命科学学院省部共建细胞分化调控国家重点实验室培育基地河南肺纤维化国际联合实验室河南省器官纤维化杰出外籍科学家工作室新乡453007

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种致病原因不明、进行性、慢性不可逆的间质性肺疾病。为探讨富含亮氨酸重复蛋白15(leucine-rich repeat-containing protein 15,LRRC15)在IPF的作用及调节机制,本研究构建了博... 详细信息

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种致病原因不明、进行性、慢性不可逆的间质性肺疾病。为探讨富含亮氨酸重复蛋白15(leucine-rich repeat-containing protein 15,LRRC15)在IPF的作用及调节机制,本研究构建了博来霉素(bleomycin,BLM)诱导的小鼠肺纤维化和A549细胞损伤模型,检测了LRRC15的表达变化。转染siLRRC15后分别采用MTT、GFP-RFP-LC3双荧光标记系统和免疫印迹等方法检测了细胞活性和自噬的变化。结果表明:BLM处理后,小鼠肺组织和A549细胞中LRRC15表达显著上调;将设计和合成的siLRRC15转入A549细胞,LRRC15的表达极显著降低,可以部分恢复BLM引起的细胞损伤;BLM处理A549细胞后,LC3-Ⅱ和P62蛋白呈现上升的趋势;GFP-RFP-LC3双荧光标记检测发现,BLM处理后自噬体数量明显增多;进一步用siLRRC15处理A549细胞后发现,自噬关键蛋白LC3-Ⅱ、ATG5、ATG7的表达增加,P62蛋白表达下调,自噬流的强度增加。以上研究结果说明LRRC15是IPF中上皮细胞损伤的指示剂,可能通过调节自噬参与纤维化过程中的调节,本研究为进一步阐明IPF的机制提供了必要的理论依据。

关键词： LRRC15 特发性肺纤维化博来霉素 A549细胞自噬

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多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调度研究

太阳能学报 2024年第8期45卷 210-217页

作者：董燕陈乙瑞朱永胜刘勇胡泽斐中原工学院电子信息学院郑州450007

为应对大规模具有异构特性的灵活负荷接入智能楼宇,解决可再生能源随机性与灵活异构负荷不确定性造成楼宇的负荷波动问题,需对灵活异构负荷进行合理管控,提出一种计及多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调控方法。首先,考虑异构负荷用电... 详细信息

为应对大规模具有异构特性的灵活负荷接入智能楼宇,解决可再生能源随机性与灵活异构负荷不确定性造成楼宇的负荷波动问题,需对灵活异构负荷进行合理管控,提出一种计及多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调控方法。首先,考虑异构负荷用电特性及响应特性差异,将智能楼宇内异构负荷等效为可转移负荷与可削减负荷。进而,综合可再生能源波动性与异构负荷时域互补性,建立日前-日内两阶段联合优化调度模型。算例仿真表明,异构负荷之间协调互动和多时间尺度滚动优化,能有效减少系统负荷波动,显著提升整体运行经济性。

关键词：调度可再生能源能量管理异构负荷多时间尺度

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基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 792-801页

作者：刘竟飞姜潮倪冰雨汪宗太河南工业大学机电工程学院郑州450001 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 中国核电工程有限公司北京100048

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题,提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点,对输入变量进行一次性采样,从而构造初始训练样本集。采用贝叶... 详细信息

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题,提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点,对输入变量进行一次性采样,从而构造初始训练样本集。采用贝叶斯深度神经网络初步构建高维多输出问题的代理模型。贝叶斯深度神经网络能够同时求解多个预测输出响应的不确定性估计,基于该特点发展了一种针对高维多输出问题的主动加点策略,通过主动学习的方式进一步构建具有较高精度的高维多输出代理模型。然后,利用蒙特卡罗采样方法以及高斯混合模型求解多个输出响应的联合概率密度函数。研究结果表明,所提方法不仅能够避免分别对多个输出响应进行独立求解的复杂过程,而且能够利用多个输出响应之间的关联,主动筛选关键样本点进行建模,在一定程度上提高了高维多输出问题的求解效率。最后,通过几个数值算例验证了所提方法的有效性。

关键词：主动学习贝叶斯深度神经网络高维不确定性多输出问题

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头臂型大动脉炎外科治疗的中长期效果分析

中华外科杂志 2024年第3期62卷 229-234页

作者：单金涛化召辉徐鹏曹辉焦周阳孙利坤刘仕睿夏磊薛文豪李震郑州大学第一附属医院腔内血管外科郑州450000

目的探讨手术治疗头臂型大动脉炎的中长期效果。方法本研究为回顾性病例系列研究。回顾性分析2012年7月至2022年11月就诊于郑州大学第一附属医院的244例头臂型大动脉炎患者中接受手术治疗的39例患者的临床资料。男性5例,女性34例;年龄(3... 详细信息

目的探讨手术治疗头臂型大动脉炎的中长期效果。方法本研究为回顾性病例系列研究。回顾性分析2012年7月至2022年11月就诊于郑州大学第一附属医院的244例头臂型大动脉炎患者中接受手术治疗的39例患者的临床资料。男性5例,女性34例;年龄(37.9±14.0)岁(范围:13~71岁)。患者因药物治疗后症状未缓解或缺血症状严重行手术治疗。其中20例患者接受腔内手术(腔内治疗组),11例接受开放手术(开放手术组),8例患者接受复合手术(复合手术组)。记录并分析患者手术情况、术后并发症及再干预情况。患者术后1、3、6个月于门诊随访,之后每年随访1次,随访截至2022年11月,记录患者术后临床症状并评估血管通畅情况。使用Kaplan-Meier法绘制生存曲线,分析患者术后血管通畅率。结果患者手术均获成功,无术中死亡病例,未发生严重手术并发症。随访时间(48.8±38.2)个月(范围:1~123个月),33例患者在术后症状得到缓解,6例患者接受二次手术。随访1、3、5、10年时,腔内治疗组的通畅率分别为95.0%、75.2%、60.2%、60.2%,开放手术组均为90.9%,复合手术组随访1、3、5、8年通畅率均为87.5%。结论头臂型大动脉炎患者应根据病情选择合适的血流重建干预方式,中远期效果满意。

关键词： Takayasu动脉炎外科手术头臂型大动脉炎腔内治疗血管旁路术